PCIe 4.0: ¿Qué hay de nuevo y debería actualizarse?

AMD se aseguró el honor de ser la primera compañía en traer PCIe Gen 4 en PC de escritorio con su lanzamiento del chipset X570 en junio de 2019 en Computex. PCIe 4.0 promete traer muchas mejoras a la interfaz PCI Express, ya que es el mayor cambio en el estándar PCIe desde 2010. En el momento de redactar este artículo, PCIe Gen 4 aún no está muy extendido, pero está comenzando a recibir una adopción generalizada. sólo de fabricantes de CPU y placas base como AMD, pero también de fabricantes de tarjetas gráficas como Nvidia y la división Radeon de AMD. ¿Pero realmente necesitas PCIe Gen 4? Y si es así, ¿cómo lo consigues? Sin embargo, antes de responder a esas preguntas, debemos comprender qué es realmente PCIe 4.0.

¿Qué es PCIe 4.0?

PCIe 4.0 es la evolución más reciente de una interfaz de comunicaciones de alta velocidad ampliamente implementada conocida como PCI o Peripheral Component Interconnect Express. En pocas palabras, PCIe 4.0 es la próxima iteración de la interfaz PCIe que se utiliza para conectar tarjetas complementarias como tarjetas gráficas y unidades M.2 a la placa base. La generación actual de PCIe, PCIe 3.0, ha sido un estándar en las PC de escritorio desde 2010 y PCIe 4.0 ahora proporciona una actualización a eso. En comparación con el PCIe 3.0 más antiguo pero aún bastante rápido, el nuevo PCIe 4.0 esencialmente proporciona el doble de rendimiento general. Es decir, PCIe 4.0 proporciona el doble de ancho de banda que PCIe 3.0, llegando a la friolera de 64 GB / s frente a los miserables 32 GB / s de PCIe 3.0 a través de un enlace x16. El siguiente cuadro de PCI-SIG, el organismo que administra el estándar PCI, establece la diferencia de ancho de banda entre las diferentes generaciones de PCIe.

Sin embargo, los dos estándares siguen siendo estructuralmente muy similares. La diferencia clave solo radica en las tasas de transferencia y, en algunos casos, el material utilizado para lograr la transmisión exitosa de la señal a una tasa más alta. Donde PCIe 3.0 operaba a 8 GT / s (la tasa de bits 0 y 1), el nuevo PCIe 4.0 operaba a 16 GT / s por carril. Esto duplica el ancho de banda general de los 32 GB / s del estándar PCIe 3.0 a los 64 GB / s del PCIe 4.0. Sin embargo, aparte de la ventaja del ancho de banda, hay muy pocas diferencias entre las dos generaciones que tengan algún significado para el usuario final. PCIe 4.0 tiene una mejor confiabilidad e integridad de la señal para un mejor rendimiento.

¿Qué hay de nuevo?

Bueno, ya comentamos que lo principal que diferencia a PCIe 4.0 de PCIe 3.0 es el mayor aumento en el ancho de banda. Donde PCIe 3.0 tenía un ancho de banda máximo de 32 GB / s, PCIe 4.0 lo duplica a 64 GB / s. Sin embargo, lo interesante es cómo PCIe 4.0 logra duplicar el ancho de banda. La técnica de codificación debe entenderse para determinar la cantidad real de datos que se pueden transferir.

PCIe Gen 3.0 y PCIe Gen 4.0 utilizan una técnica de codificación de 128b / 130b, mientras que las generaciones anteriores, como PCIe 2.0, utilizan una técnica de codificación de 8b / 10b. Esta técnica de codificación transforma los datos de 128 bits en una línea de código de 130 bits. Esto asegura la alineación del flujo de datos y también permite una recuperación de reloj razonable. Clock Recovery es el proceso de extraer información de tiempo de un flujo de datos. Todo esto significa que el ancho de banda teórico máximo en Gbps de cada PCIe Gen 4.0 se ve así:

16GT / sx (128b / 130b) = 15,754 Gbps

La codificación nos permite calcular la sobrecarga requerida para transmitir flujos de datos PCIe y esto se encuentra mediante la siguiente fórmula:

([130b-128b]/ 130b) x 100 = 1,54%

La duplicación del ancho de banda es posible gracias a los nuevos controladores PCIe como el de los conjuntos de chips AMD X570 y B550. Los materiales dieléctricos de baja pérdida también se utilizan en el proceso, lo que permite que las señales de mayor velocidad se propaguen más a través de los PCB.

PCIe 4.0 para juegos

Pero, ¿qué significa todo este cálculo y el doble ancho de banda teórico para los jugadores? ¿Podemos esperar que el rendimiento de las GPU se duplique debido al aumento del ancho de banda? Bueno, probablemente ya habrás adivinado que eso simplemente no es posible. Sí, PCIe 4.0 ha mejorado mucho el ancho de banda de conectividad de la GPU a la placa base, pero esto no se traduce en un rendimiento de juego en el mundo real. Las GPU PCIe 4.0 existen ahora, tanto con la serie AMD RX 5000 como con la serie 6000, así como con la serie de tarjetas gráficas Nvidia RTX 3000 compatibles con PCIe Gen 4. Sin embargo, incluso si combina esas nuevas y brillantes tarjetas gráficas PCIe Gen 4 con un PCIe Una placa base Gen 4 como X570 y una CPU PCIe Gen 4 como la serie Ryzen 5000 basada en Zen 3 de AMD, aún no vería un aumento apreciable en el rendimiento.

Pero, ¿por qué es eso? Bueno, la razón principal por la que el ancho de banda adicional no ayuda a mejorar el rendimiento es que incluso el ancho de banda PCIe Gen 3.0 no está siendo utilizado por completo por las tarjetas gráficas en la actualidad. PCIe Gen 3.0 todavía ofrece mucho ancho de banda e incluso las tarjetas gráficas más avanzadas ni siquiera se han acercado a saturarlo. De hecho, muchas de las tarjetas de gama más alta como la Nvidia GeForce RTX 3080 pueden funcionar casi a su máximo rendimiento incluso con un enlace PCIe 3.0 x8 o un enlace PCIe 2.0 x16. Por lo tanto, agregar más ancho de banda a una conexión que aún no está saturada no ayudará.

Sin embargo, si intentamos mirar hacia el futuro, podemos ver que el ancho de banda adicional de PCIe 4.0 será una ventaja en algún momento en el futuro. El tamaño de los activos de videojuegos y la complejidad gráfica continúan aumentando día a día, por lo que finalmente podemos ver alguna ventaja en la velocidad adicional del enlace PCIe si la interfaz PCIe 3.0 simplemente no puede mantenerse al día. Especialmente con aplicaciones de carga intensiva como el aprendizaje automático que continúan requiriendo conjuntos de datos cada vez más grandes, PCIe 4.0 aún puede desempeñar un papel importante para permitir que las máquinas del futuro no se vean frenadas por la falta de ancho de banda de enlace PCIe.

PCIe 4.0 para almacenamiento

Ahora llegamos a la razón principal por la que PCIe 4.0 es en realidad una actualización atractiva. PCIe 4.0 permite opciones de almacenamiento mucho, mucho más rápidas. Hay unidades PCIe Gen 4 que aplastan absolutamente incluso las unidades NVMe PCIe Gen 3 más rápidas en términos de números sin procesar, y simplemente avergüenzan a las unidades SATA. Con PCIe Gen 4, finalmente vemos unidades que cruzan el número de 5 GB / s en términos de lecturas secuenciales, mientras que las unidades PCIe Gen 3 NVMe tienden a superar los 3,5 GB / s. Un disco particularmente rápido, el Gigabyte Aorus M.2 PCIe 4.0 alcanza la friolera de 5 GB / s de lecturas y 4,3 GB / s de escrituras, que es aproximadamente un 35-40% más de rendimiento secuencial que incluso el SSD M.2 PCIe Gen 3 más rápido. Esto se debe a que, a diferencia de las tarjetas gráficas, los SSD de esta plataforma pueden aprovechar el ancho de banda adicional.

La situación se vuelve aún más extrema si agrega RAID a la mezcla. Como explicamos en nuestro artículo sobre los niveles de RAID, RAID 0 duplica efectivamente la velocidad de las dos unidades que se colocan en RAID, al tiempo que pone en riesgo la redundancia de las unidades. Gigabyte usó una tarjeta complementaria PCIe 4.0 que contenía cuatro SSD PCIe M.2 de 2TB en RAID 0 y alcanzó un nivel de lectura de 15.4GB / sy escrituras de 15.5GB / s. Este es un nivel de rendimiento sin precedentes que, aunque es cierto que es muy caro, ha sido posible exclusivamente gracias a la mera mejora del ancho de banda de PCIe Gen 4.

¿Cómo obtener PCIe 4.0?

Si bien PCIe 4.0 suena muy impresionante cuando se escuchan números como 15GBps, de hecho hay un conjunto particular de requisitos que deben cumplirse para tener PCIe 4.0 en funcionamiento. Básicamente, hay 3 cosas que deben satisfacerse para obtener PCIe Gen 4.

• Una placa base compatible con PCIe Gen 4
• Una CPU compatible con PCIe Gen 4
• Una GPU / SSD compatible con PCIe Gen 4

Si hablamos de las placas base, hay dos conjuntos de chips de AMD que actualmente son compatibles con PCIe Gen 4 en el momento de escribir este artículo. El conjunto de chips X570 y el conjunto de chips B550 son los únicos dos conjuntos de chips del equipo Red que permiten la compatibilidad con PCIe Gen 4 e incluso entre estos dos, solo el conjunto de chips X570 permite la compatibilidad completa con las funciones PCIe Gen 4. Los chipsets B450, X470, B350, X370, A320 y A520 más antiguos no son compatibles con PCIe Gen 4 y nunca lo harán, ya que las generaciones PCIe no son compatibles con versiones anteriores. Además, la plataforma TRX40 Threadripper y la plataforma de servidor AMD EPYC Rome también son compatibles con PCIe Gen 4.

En el lado de Intel, la plataforma Z490 es compatible con PCIe Gen 4, aunque actualmente no hay CPU Intel en el momento de escribir este artículo que admita la función. Se espera que eso cambie pronto, ya que se confirma que Intel’s 11^th Las CPU de escritorio Gen Rocket Lake no solo funcionarán con placas Z490, sino que también admitirán PCIe Gen 4, por lo que es algo positivo del Team Blue. Las placas de gama media de la serie B y las económicas de la serie H no son compatibles con PCIe Gen 4 en absoluto.

En lo que respecta a las CPU, tanto la serie AMD Ryzen 3000 como la nueva serie AMD Ryzen 5000 admiten PCIe Gen 4 oficialmente. Intel todavía no tiene soporte para PCIe Gen 4 en sus CPU de escritorio al momento de escribir este artículo, pero el próximo Rocket Lake 11^th Se confirma que las CPU de generación son compatibles con la función.

Finalmente, los productos que realmente colocará en las ranuras PCIe. En lo que respecta a las GPU, la serie Nvidia RTX 3000, la serie AMD RX 5000 y la serie de tarjetas gráficas AMD RX 6000 admiten esta función oficialmente. Para los SSD, tenemos una variedad de SSD PCIe Gen 4 para elegir de muchos fabricantes diferentes. Algunos notables incluyen Corsair Force MP600, Sabrent Rocket 4.0, Samsung 980 Pro, Seagate FireCuda y Gigabyte Aorus PCIe 4.0 SSD.

Compromisos

Al igual que con cualquier otra actualización, existen algunos compromisos que acompañan a las ventajas. No hay muchas desventajas en la actualización de PCIe 4.0, pero hay algunas peculiaridades aquí y allá que debe tener en cuenta.

Primero, PCIe Gen 4 se calienta. No solo las unidades reales se calientan, sino que el conjunto de chips de la placa base también funciona bastante debido a la implementación de PCIe Gen 4. Para las unidades, esto significa que casi todas las unidades que hemos visto hasta ahora han incluido un disipador de calor. El disipador de calor proporciona enfriamiento pasivo en los chips de memoria y mantiene la NAND Flash a una temperatura óptima. Para el conjunto de chips, los fabricantes de placas base pensaron que era mejor incluir refrigeración activa, por lo que casi todas las placas X570 tienen un ventilador incluido que gira y proporciona refrigeración activa sobre el conjunto de chips bajo carga. Sin embargo, las placas B550 se deshicieron del ventilador en favor del enfriamiento pasivo.

Aparte de los componentes de ejecución en caliente, también existe un compromiso asociado con el precio de las placas base que contienen la implementación de PCIe 4.0. No es de extrañar que las placas X570, B550 y Z490 sean más caras que las opciones de las series B y H en ambas alineaciones. Esto hace que la actualización a PCIe 4.0 sea un poco complicada, ya que el comprador ahora tiene que sopesar las ventajas de PCIe 4.0 con el costo adicional para tomar una decisión de compra.

¿Deberías actualizar?

Entonces, ¿hay alguna razón para que salga y compre una placa base de alta gama, una CPU más nueva y un SSD costoso para disfrutar de PCIe 4.0? Bueno, probablemente no. La principal ventaja de PCIe 4.0 está actualmente en el departamento de almacenamiento. A menos que esté construyendo una máquina nueva desde cero, no parece haber suficientes incentivos en PCIe 4.0 para garantizar una actualización de las placas B450 o X470, o incluso de las CPU Ryzen o Intel más antiguas a las más nuevas si mantenemos el rendimiento a un lado. Como eludimos anteriormente, PCIe 4.0 también tiene poco o ningún efecto en el rendimiento de juego del sistema, por lo que la actualización de la tarjeta gráfica no incluye la cuestión de la compatibilidad con PCIe 4.0 a partir de ahora.

A menos que el almacenamiento sea de suma importancia para usted y las unidades NVMe Gen 3 ya no sean suficientes, no parece que valga la pena actualizar PCIe 4.0 desde las placas base más antiguas. Las unidades PCIe Gen 4 ofrecen ventajas significativas para los usuarios que trabajan con archivos grandes en una red o para los profesionales que necesitan velocidades más altas para aplicaciones profesionales y edición de video, etc. Dicho esto, si está construyendo un sistema nuevo, la opción predeterminada debería ser las placas base PCIe y las CPU para asegurarse de que el sistema no retenga ninguna actualización futura en caso de que tenga ganas de instalar una unidad rápida Gen 4 en el futuro. Por lo tanto, no hay muchos incentivos para actualizar desde una placa base más antigua, pero para los nuevos constructores, nuestra recomendación predeterminada sería optar por las placas base que admitan la función PCIe Gen 4.